Они приручили хаос эволюции, нашли способ исправить ошибки в ДНК и победили тяжёлые болезни. Рассказываем о выдающихся исследовательницах современности.

Каталин Карико и её битва с COVID-19

В 2023 году лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине стали Каталин Карико и Дрю Вайсман. Благодаря их открытию удалось создать мРНК-вакцины против COVID-19. Карико родилась в Венгрии, но с 1980-х годов работает в США. Сфера её научных интересов — матричные рибонуклеиновые кислоты (мРНК), на основе которых клетки создают белки. Другими словами, мРНК — это инструкция, где прописано (на языке нуклеотидов), каким должен быть белок. Например, на основе мРНК инсулина клетки поджелудочной железы синтезируют гормон инсулин (и так для каждого белка). Нобелевскую премию Каталин Карико получила за технологию модификации мРНК, благодаря которой последнюю можно вводить в организм без опаски иммунной реакции. Модифицированная мРНК попадает в клетку, которая начинает производить соответствующий белок. По этой технологии были созданы мРНК-вакцины против COVID-19. Они содержали мРНК вирусного белка-шипа, с помощью которого патоген проникал в клетки. Когда человеку вводят такую вакцину, через несколько часов его клетки начинают вырабатывать вирусный белок. На это реагирует иммунная система — она запоминает его и формирует антитела. В отличие от обычных вакцин (на основе инактивированных вирусов или вирусных белков), мРНК-вакцину можно создать всего за несколько недель. Также её легко адаптировать под новые штаммы вируса.

US Embassy Sweden/CC BY 2.0

Фрэнсис Арнольд взяла эволюцию под контроль

Если хочешь выжить — меняйся. Это принцип эволюции. Под воздействием внешних условий в ДНК происходят мутации. Если они помогают организму выжить, то мутации закрепляются в геноме и передаются следующим поколениям. Если мутации губительны, организм, соответственно, погибает. Так происходит естественный отбор. Американская исследовательница Фрэнсис Арнольд придумала технологию направленной эволюции ферментов (белки, которые ускоряют химические реакции). В лабораторных условиях она создавала множество случайных мутаций в генах, отвечающих за ферменты, а затем выбирала самые эффективные и полезные варианты. Этот процесс повторялся как в природе, но гораздо быстрее. Сегодня ферменты используют:

для создания лекарств;
в пищевой промышленности;
для генетического редактирования;
в диагностике заболеваний;
в производстве биотоплива;
для переработки пластика и других материалов.

Благодаря открытию Фрэнсис Арнольд учёные могут получать более совершенные ферменты, которые лучше своих естественных собратьев выполняют работу. Так, например, были созданы биокатализаторы по производству биотоплива из растительного сырья. Сегодня с помощью модифицированных ферментов получают антибиотики, лекарства от диабета, антитела и другие препараты. В 2018 году Фрэнсис Арнольд получила Нобелевскую премию по химии.

C Michel/CC BY-SA 4.0

Элизабет Блэкбёрн и Кэрол Грейдер открыли счётчик клеточной жизни

В 2009 году трое американских учёных, Элизабет Блэкбёрн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак, получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие теломеразы. Это фермент, который защищает концы хромосом от разрушения. В каждой клетке нашего организма содержится ДНК длиной около двух метров. Она умещается в клетке благодаря тому, что упакована в хромосомы. На концах хромосом есть специальные структуры — теломеры. Они работают как защитные колпачки. Однако при каждом делении клетки теломеры немного укорачиваются, пока не станут слишком короткими и клетка перестанет делиться. Это своеобразный счётчик клеточной жизни. Элизабет Блэкбёрн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак выяснили, что теломеры могут достраиваться с помощью специфического фермента — теломеразы. Это открытие объяснило, почему одни клетки живут дольше других. Понимание этого механизма позволило глубже изучить некоторые фундаментальные процессы, в частности:

старение,
развитие хронических заболеваний,
появление раковых клеток (в них очень активна теломераза, что позволяет почти бесконечно делиться).

Сегодня активно проходят исследования по поиску веществ — активаторов теломеразы. Так учёные пытаются замедлить старение и повысить регенеративные способности тканей.

Gerbil/CC BY-SA 3.0 (2)

Слева — Элизабет Блэкбёрн, справа — Кэрол Грейдер

Дженнифер Даудна и Эмманюэль Шарпантье создали генетические ножницы

В 2020 году Дженнифер Даудна и Эмманюэль Шарпантье получили Нобелевскую премию по химии за разработку технологии CRISPR-Cas9, также известной как генетические ножницы. Она позволяет редактировать ДНК с высокой точностью, что открыло огромные перспективы в биологии и медицине. Учёные исследовали, как бактерии защищаются от вирусов. Оказалось, что у них есть естественная система, которая позволяет распознавать и разрезать ДНК вируса с помощью специального белка Cas9. Шарпантье и Даудна выяснили, что этот механизм можно использовать для редактирования ДНК любых организмов. Они разработали систему CRISPR-Cas9:

можно вырезать ненужный или повреждённый ген;
можно вставить или исправить новый участок ДНК.

Сегодня с помощью этой технологии учёные:

разрабатывают методы лечения наследственных заболеваний, например серповидноклеточной анемии, муковисцидоза и других;
редактируют геном иммунных клеток для более эффективной борьбы с раком;
создают устойчивые к болезням сорта растений;
разрабатывают новые методы борьбы с опасными вирусами.

C Michel/CC BY-SA 4.0, NTNU/CC BY-SA 2.0

Слева — Дженнифер Даудна, справа — Эмманюэль Шарпантье

Ту Юю победила малярию

В 2015 году лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине стала фармаколог из Китая Ту Юю. В 1960-70-х годах она работала в рамках секретного «проекта 523», задачей которого была разработка противомалярийного средства. Ту Юю решила начать поиски такого лекарства с архивов Китайской академии традиционной медицины. Она изучила тысячи старинных рецептов. Больше всего учёную заинтересовал отвар полыни. Исследователи под руководством Ту Юю выделили из полыни вещество артемизинин, которое оказалось очень эффективным против возбудителя малярии — Plasmodium falciparum. Позже группа Ту Юю создала на основе артемизинина более эффективные противомалярийные средства — дигидроартемизинин и артесунат. С помощью этих лекарств удалось спасти миллионы жизней.

Bengt Nyman/CC BY-SA 4.0

Главное

Открытия женщин-учёных спасли миллионы жизней. С их помощью человечество противостоит пандемиям и тяжёлым заболеваниям. Этим учёным удалось доказать, что у науки нет гендерных границ. Открытия недели: средиземноморская диета против рака и новое лечение ожирения